Forståelse af klemfilmdæmpere

Enheder

Bærbar afbalanceringsenhed og vibrationsanalysator Balanset-1A.

$2,358.31

Dele

Vibrationssensor

$107.47

Dele

Optisk sensor (laser-tachometer)

$148.07

Enheder

Balanset-4

$8,123.32

Dele

Magnetisk stativ i størrelse 60 kgf

$54.93

Dele

Reflekterende tape

$11.94

Enheder

Dynamisk afbalancering "Balanset-1A" OEM.

$2,071.73

Definition: Hvad er en klemfilmdæmper?

A klemfilmdæmper (SFD) er en passiv dæmpning Enhed, der anvendes i roterende maskiner til at sprede vibrationsenergi og styre den vibrationer amplituder, især ved kritiske hastigheder. Dæmperen består af en tynd oliefilm, der er indeholdt i et ringformet frirum, der omgiver et lejehus. Når lejet (og det fastgjorte) Rotor) vibrerer, oscillerer lejehuset inden for dæmperens spillerum og klemmer oliefilmen. Den viskøse modstand mod denne klembevægelse spreder energi og giver dæmpning til rotorsystemet uden at tilføje væsentlig stivhed.

Klemfilmdæmpere anvendes i vid udstrækning i flymotorer, industrielle gasturbiner og andre højhastighedsmaskiner, hvor forbedret dæmpning er nødvendig for at kontrollere vibrationer og forhindre rotorinstabiliteter.

Fysisk driftsprincip

Klemningshandlingen

Synes ikke om lejetap Hvor oliefilm bærer en konstant radial belastning, fungerer klemfilmdæmpere gennem cyklisk klemning:

1. Rotorvibration: Ubalanceret rotor skaber vibrerende kræfter på lejet
2. Boligforslag: Lejehuset oscillerer radialt inden for dæmperens spillerum
3. Oliefilmsklemning: Når huset bevæger sig indad, komprimeres oliefilmen; når den bevæger sig udad, udvider filmen sig
4. Viskøs modstand: Olie modstår at blive presset ud, hvilket skaber en dæmpende kraft
5. Energiforbrug: Vibrationsenergi omdannes til varme i olien

Nøgleforskel fra journallejer

• Journalleje: Bærer statiske og dynamiske belastninger gennem oliefilmtryk; både stivhed og dæmpning
• Klemfilmdæmper: Giver kun dæmpning, minimal stivhed; bærer ikke konstante belastninger
• Kombination: Rulleleje (bærer last) + SFD (giver dæmpning) = optimalt system til visse anvendelser

Konstruktion og design

Grundlæggende komponenter

• Indre ring (lejehus): Yderflade af rullelejehuset, frit bevægelig radialt
• Ydre ring (dæmperhus): Stationært hus med præcis cylindrisk boring
• Ringformet frigang: Radial afstand mellem indre og ydre ringløb (typisk 0,1-0,5 mm)
• Olieforsyning: Trykolie tilføres frirum
• Endeforseglinger: O-ringe eller andre tætninger til at holde olien aksialt
• Centreringselementer: Fjedre eller fastholdelsesfunktioner for at forhindre overdreven bevægelse

Designparametre

• Radial frigang (c): Bestemmer dæmpningskoefficienten (mindre = mere dæmpning)
• Længde (L): Aksial længde af dæmper (længere = mere dæmpning)
• Diameter (D): Dæmperdiameter (større = mere dæmpning)
• Olieviskositet (µ): Højere viskositet = mere dæmpning
• Endeforseglingstype: Påvirker olielækage og effektiv dæmpning

Fordele ved klemfilmdæmpere

• Tilføjer dæmpning uden stivhed: Øger energiforbruget uden at øge kritiske hastigheder væsentligt
• Reducerer kritisk hastighedsvibration: Begrænser resonansamplituder til sikre niveauer
• Forebygger ustabilitet: Hjælper med at forebygge oliehvirvel, skaftpisk, og andre selvophidsede vibrationer
• Isolerer overførte kræfter: Reducerer vibrationer, der overføres til fundamentet
• Tilpasser sig transienter: Hjælper med at kontrollere vibrationer under opstart, nedlukning og belastningsændringer
• Eftermonteringskapacitet: Kan tilføjes til eksisterende maskiner uden større ombygning
• Passiv drift: Intet styresystem eller strøm kræves

Applikationer

Flygasturbiner

• Næsten universel i moderne flymotorer
• Essentiel for at kontrollere vibrationer under kritiske hastighedspassager
• Tillader brug af rullelejer i højhastighedsapplikationer
• Kompakt, let design afgørende for luftfart

Industrielle gasturbiner

• Anvendes i kombination med rulleelement- eller vippeklodslejer
• Styrer vibrationer under opstart og nedlukning
• Reducerer overført vibration til støttestrukturen

Højhastighedskompressorer

• Giver yderligere dæmpning ud over lejedæmpning
• Forhindrer ustabilitet under let belastning
• Tillader et bredere driftsområde

Eftermonteringsapplikationer

• Tilføjet til eksisterende maskineri med for høj kritisk hastighedsvibration
• Løsning når afbalancering og justering ikke reducerer vibrationer tilstrækkeligt
• Alternativ til større rotor- eller lejerenovering

Designovervejelser

Beregning af dæmpningskoefficient

Dæmpningskraften leveret af en klemfilmdæmper er omtrent:

• F_dæmpning = C × hastighed
• Hvor dæmpningskoefficienten C ∝ (µ × D × L³) / c³
• Meget følsom over for frigang (c): halvering af frigangen øger dæmpningen med 8 gange
• Design af optimal dæmpning kræver omhyggelig parametervalg

Centreringsfjedre

• Formål: Forhindr spjældet i at "bunde ud" (metal-mod-metal kontakt)
• Valg af stivhed: Skal være blød nok til at tillade dæmperbevægelse, men stiv nok til at centrere sig
• Almindelige typer: Egernbur (flere omkredstråde), spiralfjedre, elastomere elementer

Olieforsyning og -dræning

• Trykolieforsyning for at opretholde filmen (typisk 1-5 bar)
• Tilstrækkelig flowhastighed til at fjerne genereret varme
• Korrekt dræning for at forhindre olieoversvømmelse
• Luftudluftning for at forhindre kavitation i filmen

Udfordringer og begrænsninger

Designudfordringer

• Kavitation: Oliefilmen kan kavitere (danne dampbobler), hvilket reducerer effektiv dæmpning.
• Luftindtagelse: Indblandet luft reducerer dæmpningseffektiviteten
• Frekvensafhængighed: Dæmpningseffektiviteten varierer med vibrationsfrekvensen
• Ikke-lineær adfærd: Ydelsesændringer med amplitude (store bevægelser kan overstige frihøjden)

Operationelle udfordringer

• Temperaturfølsomhed: Ændringer i olieviskositet med temperatur påvirker dæmpning
• Renlighedskrav: Kontaminering kan blokere forsyningen eller beskadige overflader
• Afhængighed af olieforsyning: Tab af olietryk eliminerer dæmpning
• Slid på tætning: Endeforseglinger nedbrydes over tid, hvilket reducerer effektiviteten

Vedligeholdelseskrav

• Overvåg olietilførselstryk og -temperatur
• Inspicer endepakningerne regelmæssigt
• Kontroller korrekte afstande under eftersyn
• Kontroller centreringsfjederens tilstand
• Rengør oliekanaler og filtre

Avancerede designs

Stempelringsdæmpere

• Brug stempelringe i stedet for O-ringstætninger
• Tillad noget olielækage for bedre trykfordeling
• Reducer kavitationstendensen

Åbne spjæld

• Ingen endetætninger, olien flyder aksialt
• Enklere design, ingen problemer med tætningsslid
• Kræver højere oliestrømningshastigheder
• Mere ensartede dæmpningsegenskaber

Integrerede dæmpere

• Dæmpningsfilm dannet mellem lejehus og bagleje
• Ingen separat dæmperkomponent
• Kompakt, men begrænset dæmpningskapacitet

Effektivitet og ydeevne

Reduktion af vibrationer

• Kan reducere kritisk hastighedsvibration med 50-80%
• Særligt effektiv til at kontrollere resonans
• Udvider kritiske hastighedstoppe (gør dem mindre skarpe)
• Tillader mere sikker passage gennem kritiske hastigheder

Stabilitetsforbedring

• Øger tærskelhastigheden for ustabiliteter
• Kan forhindre oliehvirvel ved brug med rullelejer
• Tilføjer positiv dæmpning for at modvirke destabiliserende kræfter

Design- og analyseværktøjer

Korrekt design af klemfilmdæmper kræver:

• Rotordynamisk analyse: Integreret modellering af rotor-leje-dæmpersystem
• Analyse af væskefilm: Reynolds-ligningsløsninger for trykfordeling
• Ikke-lineær analyse: Tag højde for kavitation, amplitudeafhængig adfærd
• Termisk analyse: Olietemperatur og varmeafledning
• Specialiseret software: Værktøjer som DyRoBeS, XLTRC inkluderer SFD-modeller

Hvornår skal man bruge klemfilmdæmpere

Anbefalede applikationer

• Højhastighedsmaskineri: Drift nær eller over kritiske hastigheder
• Rullende elementlejesystemer: Tilføjelse af dæmpning, hvor lejer giver minimal dæmpning
• Fleksible rotorer: Drift over den første kritiske hastighed
• Stabilitetsproblemer: Når rotorinstabilitet er en risiko
• Kontrol af transiente vibrationer: Reduktion af vibrationer ved opstart/nedlukning

Anbefales ikke når

• Lavhastighedsdrift, hvor dæmpning ikke er kritisk
• Pladsbegrænsninger forhindrer installation
• Olieforsyningssystem er ikke tilgængeligt eller pålideligt
• Begrænsede vedligeholdelsesressourcer (spjæld kræver vedligeholdelse af oliesystemet)
• Enklere løsninger (balancering, justering) er tilstrækkelige

Klemfilmdæmpere repræsenterer en elegant løsning til vibrationskontrol i højhastigheds roterende maskiner. Ved at give betydelig dæmpning uden at øge stivheden, muliggør de drift gennem kritiske hastigheder, forhindrer destruktiv ustabilitet og udvider driftsområdet for roterende udstyr, samtidig med at de opretholder kompakte, passive designs.

---

← Tilbage til hovedindekset